分振幅干涉实验报告.doc

分振幅干涉实验报告 篇一：迈克尔逊干涉研究性实验报告 北京航空航天大学 物理研究性实验报告 光的分振幅干涉：迈克尔逊干涉 第一作者苟震宇 所在院系：机械工程及自动化学院 第二作者许天亮 所在院系：机械工程及自动化学院 - 1 - 目 录 一.报告简介┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 3 二.实验原理┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 3 三.实验仪器┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 6 四.实验步骤┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 7 五.数据处理┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 8 六.误差分析┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 10 七.经验总结┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 13 八.实验感想┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 14 九.参考文献┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 14 十.原始数据┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 15 一.报告简介 迈克尔逊干涉仪是一种用分振幅法实现干涉的精密光学仪器，利用该仪器可以精确地测量单色光的波长，但是往往由于实验过程中调节仪器和测量计数时的失误, 可能会导致较大的误差。 本研究性实验报告以迈克尔逊干涉为实验依托，阐述实验原理及实验步骤，然后进行数据采集和数据处理，对误差的来源进行了详细的分析。最后对实验过程进行反思。 二.实验原理 (1)迈克尔逊干涉仪的光路 迈克尔逊干涉仪的光路图如 图1所示，从光源S发出的一束光 射在分束板G1上，将光束分为两 部分：一部分从G1半反射膜处反 射，射向平面镜M2；另一部分从 G1透射，射向平面镜M1。因G1和 全反射平面镜M1、M2均成45°角， 所以两束光均垂直射到M1、M2上。从M2反射回来的光，透过半反射膜；从M2反射回来的光，为半反射膜反射。二者汇集成一束光，在E处即可观察到干涉条纹。光路中另一平行平板G2与G1平行，其材料厚度与G1完全相同，以补偿两束光的光程差，称为补偿板。 反射镜M1是固定的，M2在精密导轨上前后移动，以改变两束光之间的光程差。M1,、M2后面各有三个螺钉来调节平面镜的方位，M1的下方还附有两个方向互相垂直的弹簧，松紧他们，能使M1支架产生微小变形，以便精确地调节M1。 在图1所示的光路中，M1’是M1被P1半反射膜反射所形成的虚像。对观察者而言，两相干光束等价于从M1’和M2反射而来，迈克尔逊干涉仪所产生的干涉花纹就如同M1’与M2之间的空气膜所产生的干涉花纹一样。若M1’、M2平行，则可视作折射率相同、夹角恒定的楔形薄膜。 （2）单色电光源的非定域干涉条纹 M2’平行M1且相距为 d。点光源S发出的一束光， 对M2’来说，正如S’处发 出的光一样，即SG=S’ G； 而对于在E处的观察者来 说，由于M2的镜面反射，S’ 点光源如同处在位置S2处 一样，即S’M2=M2S2。又由 于半反射膜G的作用，M1的 位置如处于M1’的位置一 样。同样对E处的观测者， 点光源S如处于S1处。所以 E处的观察者所观察到的干 涉条纹犹如虚光源S1、S2发出的球面波，它们在空间处处相干，把观察屏放在E空间不同位置处，都看见恶意看到干涉花样，所以这一干涉是非定域干涉。 如果把观察屏放在垂直于S1、S2连线的位置上，则可以看到一组同心圆，而圆心就是S1、S2连线与屏的焦点E。设在E处（ES2=L）的观察屏上，离中心E点远处有一点P，EP的距离为R，则两束光的光程差为： ?L?(L?2d)2?R2?L2?R2 Lgt;gt;d时，展开上式并略去d2/L2，则有 ?L?2Ld/L2?R2?2dcos? 式中φ是圆形干涉条纹的倾角。所以亮纹条件为 2dco?s?k? (k?1,2,3... ) 由上式可见，点光源圆形非定域干涉条纹有以下特点： 1.当d、λ一定时，角相同的所有光线的光程差相同，所以干涉情况也完全相同；对应于同一级次，形成以光轴为圆心的同心圆系。 2.当d、λ一定时，如φ=0，干涉圆环就在同心圆环中心处，其光程差?λ=2d为最大值，根据明纹条件，其k也为最高级数。如φ≠0，φ角越大，cos φ越小，k值也就越小，即对应的干涉圆环越靠外，其级次k也越低。 3.当k、λ一定时，如果d逐渐减小，则cos φ将增大，即φ角逐渐减小。也就是说，同一k级条纹，当d减小时，该级圆环半径减小，看到的现象是干涉圆环内吞：如果d逐渐增大，同理，看到的现象是干涉圆环外扩。对于中央条纹，若内缩或外扩N次，则光程差变化为2?d=N λ。式中，?d为d的变化量，所以有： λ=2?d/N